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André
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Inscrit le: 07 Jan 2007
Messages: 11029
Localisation: Montreal 45.500°N, 73.580°W
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 Posté le: Jeu 24 Mai 2007 12:01 am Sujet du message: Les déplacements du sol autour du lac Mead (Nevada, USA) |
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SAlut a tous
Des chercheurs du laboratoire de géologie de l'Ecole Normale Supérieure et de l'Institut de Physique du Globe de Paris ont mesuré pour la première fois par interférométrie radar le déplacement du sol dû au remplissage d'un lac de barrage (Mead au Névada, USA).
Une méthode qui, appliquée à d'autres cas, permettra de mieux définir les propriétés mécaniques de la lithosphère. Ce travail est publié dans la revue Journal of Geophysical Research. 
Déplacement du sol autour du lac, obtenu en sommant des interférogrammes reconstruits à partir de la série temporelle InSAR.
En savoir plus
© O. Cavalié et al. 2007.
Quantifier la déformation de la lithosphère en réponse à des sollicitations externes ou internes est important pour déterminer les propriétés mécaniques de la lithosphère.
Ces propriétés, si elles étaient bien connues, pourraient permettre de modéliser à la fois le comportement à court terme du cycle sismique (c'est-à-dire les déformations entre deux tremblements de terre) et le comportement à long terme de la lithosphère (tectonique des plaques, formation de chaînes de montagne, etc..).
Ici, l'approche choisie est restreinte à l'extrême et vise à répondre, en un point donné de la surface terrestre, à la question :
peut-on mesurer une déformation, de type rebond visco-élastique, exprimée sur des constantes de temps courtes, de l'année à plusieurs dizaines d'années ?
On sait, par l'étude du rebond post-glaciaire, que la déformation du manteau dans son ensemble en réponse à la fonte des glaces lors du dernier cycle glaciaire a eu lieu sur une période de temps de l'ordre de 10 000 ans, mais qu'en est-il de la réponse associée à des variations de contraintes plus rapides ?
Dans cette étude, les chercheurs se sont focalisés sur le déplacement de la surface du sol (enfoncement ou soulèvement) associé à des fluctuations de niveau d'eau dans un lac de barrage, le lac Mead (USA).
La mesure du déplacement de la surface se fait par interferométrie radar.
Le principe est de comparer deux images radars satellitaires obtenues avec des angles de visée très proches. L'onde électromagnétique émise par le satellite est récupérée par celui-ci après rétro-diffusion sur la surface.
Dans le cas où les propriétés de rétro-diffusion de la surface restent stables d'une acquision radar à une autre, la différence de phase entre les deux acquisitions quantifie la variation du temps de propagation.
Ce dernier est la somme d'effets géométriques (orbite et topographie), du délai de propagation dans l'atmosphère humide et du déplacement de la surface. Les effets géométriques sont corrigés grâce à une description précise des orbites (Delft) et au modèle numérique de terrain SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) .
Les délais de propagation associés aux variations d'humidité de la troposphère sont également estimés et retranchés.
Quarante trois images acquises par les satellites ERS-1 et ERS-2 obtenues de 1992 à 2001 ont été traitées pour former 241 interferogrammes de la même zone, couvrant une surface d'environ 10 000 km2 autour du lac Mead.
L'excellente cohérence de ces interferogrammes est due au sol désertique.
Les interférogrammes corrigés ont été transformés, pixel à pixel, en série temporelle de déplacement dans la zone du lac, série temporelle qui est lissée et pondérée de facon à fortement limiter l'impact des turbulences atmosphériques aléatoires.
On constate que localement, en bordure du lac, se trouvent quelques zones de petite extension spatiale (la plus grande faisant 200 km2) qui se soulèvent lorsque le niveau d'eau du lac augmente et s'affaissent lorsque le niveau d'eau baisse, avec un délai d'environ 4 mois.
Il s'agit très probablement d'un effet poro-élastique dans des couches sédimentaires perméables adjacentes au lac.
La déformation associée à la charge en eau du lac couvre, elle, l'ensemble de la zone d'étude (10000 km2). Elle n'est pas stationnaire dans le temps et suit de près l'évolution du niveau d'eau dans le lac :
lorsque le niveau d'eau augmente de 11m entre 1995 et 1998, le sol près du lac s'enfonce de 16mm par rapport aux bords de la zone d'étude. Ensuite, la chute du niveau d'eau de 12 m entre 2000 et 2001 génère un soulèvement d'environ 12 mm.
a) Altitude du niveau d'eau du lac Mead depuis sa mise en eau en 1935. b) Evolution du niveau d'eau du lac Mead de 1992 à 2001. Les ronds pleins marquent les dates d'acquisitions des 43 images radar ERS1 et
ERS2 utilisées dans cette étude.
© O. Cavalié et al.
Cette déformation peut être modélisée en calculant la déformation induite par le remplissage et les fluctuations d'eau dans le lac depuis sa mise en eau en 1935.
Pour cela, les chercheurs ont comparé plusieurs modèles basés sur une stratification verticale des propriétés de la croûte et du manteau dans un cube de 500 km de côté.
La charge associée au remplissage du lac est appliquée sur la surface libre du cube, variant à chaque pas de temps. ?
C'est le modèle (Kaufmann et Amelung 2000) comportant une lithosphère élastique de 32 km, surmontant un manteau asthénosphérique viscoélastique ayant une viscosité de 1018 Pa.s (1 Pa.s = 1 kg/(m.s)) qui ajuste bien l'amplitude, l'évolution temporelle, et la forme spatiale de la déformation.
De facon surprenante, durant la période d'observation 1992-2001, ce modèle n'induit pas de déphasage clair entre variations de niveau d'eau dans le lac et déplacement du sol.
Il reproduit par contre bien l'évolution de la subsidence connue entre 1935 et 1960, avec un temps caractéristique de déformation d'environ 25 ans après la mise en eau du lac de barrage, temps caractéristique nécessaire pour accommoder les contraintes dans le manteau peu visqueux.
Ainsi, la mesure du déplacement du sol autour du lac Mead par InSAR (nterferometric Synthetic Aperture Radar) semble confirmer l'interprétation des mesures de nivellement effectuées entre 1935 et 1960, c'est à dire l'existence d'un système lithosphère/manteau asthénosphérique ayant une réponse ductile rapide à la contrainte.
Ceci n'est possible que si la lithosphère est particulièrement fine, et l'asthénosphère (manteau ductile sous la lithosphère) peu visqueuse, ou si la croûte inférieure est peu visqueuse.
Compte tenu de la couverture satellitaire de l'ensemble du globe, ce type d'étude est prometteur pour contribuer à contraindre dans l'avenir certains paramètres mécaniques de la lithosphère et de l'asthénosphère.
Source :
Ground motion measurement in the lake Mead area, Nevada, by differential synthetic aperture radar interferometry time series analysis :
Probing the lithosphere rheologie structure - (JGR vol. 112, 2007)
O. Cavalié, M.-P. Doin, C. Lasserre, P. Briole
Laboratoire de géologie, Ecole normale supérieure, CNRS
Institut de physique du globe de Paris, CNRS
amicalement
_________________
Etrange époque où il est plus facile de désintégrer l' atome que de vaincre un préjugé.
Einstein, Albert, |
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